In questo tipo di trasmissione è necessario poter regolare la tensione della catena che, se troppo lenta, può presentare alcuni problemi:
- svolgimento della catena dalla corona o, più probabilmente, dal pignone, soprattutto nel nostro caso in cui si ha un pignone molto piccolo ed una corona molto grande; in tal caso ovviamente l’effetto è catastrofico in quanto la vettura cessa di funzionare e può anche riportare seri danni
- il lato della catena non in trazione potrebbe avere degli eccessivi effetti di tipo “frusta”, rischiando di urtare altri componenti con la possibilità di danneggiarli e danneggiarsi. E’ da notare che le maglie della catena, in caso di urto con materiali duri (soprattutto acciaio), possono subire una rapidissima tempra che le infragilisce molto, rendendo la catena scarsamente affidabile, benché apparentemente integra
- una catena lenta implica un recupero di giochi ogni volta che si ha inversione della trasmissione di coppia tra motore e semiassi, condizione che si verifica tipicamente in percorrenza di curva, quando il pilota cerca di mantenere la velocità quasi costante. Il ritardo di risposta dato dal recupero dei giochi può quindi innescare una sorta di isteresi che si manifesta con il tipico andamento “a singhiozzo” della vettura
Per regolare il tiro catena è ovviamente necessario poter variare l’interasse tra corona e pignone, di una quantità almeno pari alla lunghezza di un’intera maglia della catena stessa.
Nelle motociclette è quasi sempre realizzato attraverso una slitta ricavata nel forcellone che permette piccoli movimenti longitudinali al mozzo posteriore; nel nostro caso, avendo a disposizione una larga piastra invece che uno stretto forcellone, si è preferito utilizzare una regolazione ad eccentrico.
Realizzando eccentrici i due supporti dei cuscinetti, è possibile regolare la tensione della catena ruotandoli simultaneamente dello stesso angolo, variando così l’interasse tra pignone e gruppo differenziale corona. Ovviamente il valore dell’eccentricità deve essere almeno pari alla metà della lunghezza della maglia della catena, essendo la distanza tra le due posizioni estreme del differenziale pari al doppio dell’eccentricità dei supporti.
Si può notare che la corona dentata si trova molto vicino alla scatola, rendendo molto difficoltoso ruotare l’eccentrico sul lato sinistro per regolare la tensione della catena; d'altronde non avrebbe senso cercare di regolarla senza avere la corona correttamente montata. Per ovviare a questo problema abbiamo deciso di collegare i due supporti tramite un sottile flangia cilindrica; in questo modo, ruotando il supporto destro, anche il sinistro ruota nella posizione corrispondente, senza necessità di smontare la corona dentata. La flangia è forata per consentire al differenziale di smaltire correttamente il calore generato dagli attriti interni.
M o d e l l o C A D d e l d i f f e r e n z i a l e m o n t a t o s u i d u e e c c e n t r i c i , c o n l a f l a n g a c h e l i c o l l e g a i n t r a s p a r e n z a
Come si può vedere, entrambi i supporti presentano lo spallamento dallo stesso lato. Questo ci dà il grande vantaggio di poter inserire l’intero gruppo formato da differenziale, cuscinetti, portacorona, corona e supporti dal foro sul lato sinistro, per poterli poi fissare solidamente tramite viti una volta messa in tensione la catena.
Per regolare i valori di intervento del differenziale è necessario disassemblarlo; è quindi evidente come il poterlo smontare ed estrarre dalla
vettura rapidamente sia fondamentale durante le fasi di messa a punto della vettura.
Le Sospensioni
Ad eccezione di quelle aerodinamiche, le interazioni che una vettura ha con l’ambiente che la circonda, sono le forze che si trasmettono tra gli pneumatici e la strada; la prestazione che la vettura è in grado di esprimere dipende da come avviene questa trasmissione. Il modo per sfruttare al massimo le capacità degli pneumatici è quella di mantenere la massima impronta a terra possibile, ovvero lungo tutta la larghezza degli stessi.
S u p e r f i c i e d i c o n t a t t o t r a p n e u m a t i c o e d a s f a l t o
Come abbiamo precedentemente accennato, lo scopo principale delle sospensioni è proprio di mantenere il miglior contatto possibile tra lo pneumatico e la strada.
Quando una vettura affronta una curva, l’accelerazione laterale genera inevitabilmente un certo angolo di rollio; questo sarà tanto più accentuato
quanto più sarà alto il baricentro della vettura e cedevole il suo assetto. Si ha quindi un trasferimento di carico sulle ruote esterne del veicolo, una estensione delle sospensioni interne ed una compressione di quelle esterne.
A causa del trasferimento di carico stesso, sono le ruote esterne a contrastare la maggior parte della forza centrifuga della vettura, ed è quindi l’impronta a terra di queste a giocare un ruolo fondamentale.
Supponiamo di avere un tipo di sospensione tale che la ruota, durante la sua escursione, si mantenga sempre parallela al piano di simmetria della vettura. Durante il rollio del corpo vettura, la ruota esterna si inclinerà di altrettanto verso l’esterno; se in condizioni statiche la ruota si trovava in posizione perfettamente ortogonale al piano strada, adesso appoggerà quasi esclusivamente sulla spalla esterna, con riduzione di impronta a terra e quindi di aderenza.
I n c l i n a z i o n e n o n c o r r e t t a d e l l a r u o t a e s t e r n a ( d e s t r a ) a c a u s a d e l r o l l i o d e l c o r p o v e t t u r a
Un primo modo per ovviare al problema è quello di imporre un grande valore di campanatura statica alla ruota, che compensi la perdita di campanatura dovuta al rollio della vettura; lo svantaggio principale di questa soluzione è che la ruota si trova in condizioni non più ottimali in tutte le altre condizioni della marcia.
La soluzione solitamente adottata è di prevedere un cinematismo delle sospensioni che abbia un certo guadagno di campanatura durante il moto di compressione, in modo da permettere l’utilizzo di angoli di campanatura statici minori.
E s e m p i o d i c i n e m a t i s m o c o n g u a d a g n o d i c a m p a n a t u r a
Altro parametro fondamentale per definire la cinematica di un gruppo sospensioni è la posizione del centro di rollio; questo è il centro di istantanea rotazione attorno al quale la massa sospesa compie la propria rotazione. La distanza tra esso ed il centro di massa della vettura è il braccio della forza causata dall’accelerazione laterale che genera il momento di rollio del corpo vettura.
M o m e n t o d i r o l l i o d a t o d a l l a f o r z a c e n t r i f u g a p e r l a d i s t a n z a t r a c e n t r o d i m a s s a e c e n t r o d i r o l l i o
Le posizioni iniziali e i relativi spostamenti dei centri di rollio anteriore e posteriore giocano un ruolo fondamentale sul comportamento dinamico del veicolo.
D e t e r m i n a z i o n e p e r v i a g r a f i c a d e l c e n t r o d i r o l l i o
Per la nostra vettura, abbiamo deciso di adottare un sistema a doppi triangoli sovrapposti: si tratta di un cinematismo di tipo piano, abbastanza raffinato, che consente buoni valori di recupero di campanatura e permette di studiare e prevedere efficacemente le posizioni e gli spostamenti dei centri di rollio. Proiettando il cinematismo su un piano verticale ortogonale alla direzione di marcia, esso equivale ad un quadrilatero articolato in cui il portamozzo è la biella, e i due triangoli sono le manovelle.
Teoricamente si hanno due gradi di libertà per ognuno dei quattro punti, otto in totale; ciò rende abbastanza difficoltoso trovare delle combinazioni di valori ottimali, o per lo meno efficaci, tra le infinite possibili. In realtà i vari punti non possono assumere qualsiasi posizione all’interno del piano, poiché la soluzione fisica corrispondente non sarebbe praticabile.
Per calcolare i punti cinematici delle sospensioni, il team ha realizzato un opportuno codice di calcolo che, basandosi su dei valori di primo tentativo, ricerca in un intorno grande a piacere di questi punti dei valori che diano dei buoi risultati in termini di spostamenti dei centri di rollio e di recupero di
campanatura. La parte più difficile per il progettista è appunto definire cosa si intenda per “buoni risultati”.
Per le sospensioni posteriori, siamo partiti dal presupposto che avremmo montato gli attacchi del triangolo superiore alla parete laterale dello scatolato; questo ha comportato che la distanza degli attacchi da essa si trovasse in un intervallo di valori abbastanza ristretto.
Volendo, come detto, ottenere recupero di convergenza, è necessario che il triangolo inferiore sia più lungo di quello superiore. Montando gli attacchi di entrambi i triangoli alla parete laterale dello scatolato, sarebbe stato necessario realizzare degli attacchi per il triangolo superiore estremamente sporgenti.
Abbiamo invece deciso di adottare la soluzione di montare gli attacchi dei triangoli inferiori non alla parete laterale ma alla parete inferiore dello scatolato. In questo modo si riesce ad ottenere l’obiettivo cercato senza dover realizzare attacchi sospensioni molto complicati e poco rigidi.
M o d e l l o C A D d e l p o s i z i o n a m e n t o d e g l i a t t a c c h i d e i t r i n a g o l i s o s p e n s i o n i s u p e r i o r e e d i n f e r i o r e
Per come è determinato il centro di rollio dell’asse, riveste importanza cruciale la precisione degli attacchi sospensioni. Sono infatti sufficienti piccole differenze dalle quote di progetto a quelle reali per ottenere risultati anche molto diversi. Per garantire una buona precisione di posizionamento degli snodi sferici, si sono utilizzate viti calibrate e attacchi lavorati dal pieno con macchine a controllo numerico; gli attacchi sono stati a loro volta assemblati allo scatolato tramite viti, ma posizionati correttamente tramite spine cilindriche di precisione. Come materiale per gli attacchi si è scelta una lega di alluminio ad alta resistenza, serie 7000 (nome commerciale Ergal): Al 7075 T6.
Come vedremo in dettaglio più avanti, i fori per le spine sono stati realizzati anche sullo scatolato con macchine utensili a controllo numerico, e le superfici di contatto tra gli attacchi e la scatola rettificati per ottenere la massima precisione.
Nel caso della realizzazione di un prototipo, non è inusuale che la vettura progettata, una volta messa su strada, non dia i risultati sperati in termini di feeling di guida. Questo perché pur seguendo durante la progettazione tutte le linee guida per ottenere un buon risultato, la correzione degli errori tramite sperimentazione di successivi tentativi può essere indispensabile.
In quest’ottica, la possibilità di variare, anche di poco, i punti di attacco delle sospensioni permette di fare grandi modifiche al comportamento della sospensione e quindi della vettura. Lo scatolato, in confronto al traliccio di tubi, ci dà un grande aiuto, poiché le forchette a cui sono montati gli snodi sferici delle sospensioni sono assemblate anziché saldate. E’ quindi relativamente semplice realizzare nuove forchette di forme diverse e che possono essere montate in punti leggermente diversi dello scatolato, consentendo modifiche sostanziali della cinematica semplicemente, con sforzi e tempi ridotti.